Методы испытания резины

Каучуки

Натуральный каучук (НК) или синтетический (СК) являются важнейшей составляющей резины и определяет ее основные свойства.

Натуральный каучук получают из сока (латекса) каучуконосного дерева бразильской гевеи, культивируемой в тропических странах. Получаемые сорта натурального каучука: смокед-шитс, креп и другие - имеют состав (C₅ Н₈)_n, где п составляет 1000 - 4000. Натуральный каучук представляет собой мягкий эластичный продукт плотностью 0,91 - 0,94 г/см³, который хорошо растворяется в органических растворителях (бензине, бензоле, хлороформе и т.д.). При температуре выше +70°С он становится пластичным, выше 200°С разлагается, а при температуре -70°С становится хрупким.

Резина на основе НК отличается высокой прочностью и эластичностью, но не стойка к действию органических растворителей.

Синтетические каучуки в настоящее время применяются более широко, чем натуральные, так как по разнообразию свойств и возможностей получения каучуков с заданными свойствами СК имеет преимущества перед НК.

Синтетический каучук в промышленном масштабе был впервые получен С.В. Лебедевым в 1928 году. Способ получения был основан на переработке
1

этилового спирта. В настоящее время для получения СК используют попутные газы нефтедобычи, природные газы и другие продукты.

СКБ - натрий бутадиеновый каучук - получают по методу
С.В. Лебедева путем полимеризации бутадиена (СН₂ = СН - СН= CH₂) в присутствии металлического натрия. Этот каучук обладает высокой сопротивляемостью к истиранию.

СКС - бутадиенстирольный каучук - получают путем совместной полимеризации бутадиена (C₄Н₆) и стирола (СН₂ = СН – C₆H₅). Этот каучук характеризуется малой стойкостью к действию органических растворителей; резины на основе СКС имеют высокое сопротивление истиранию, а по газонепроницаемости и диэлектрическим свойствам эти резины равноценны резинам на основе НК.

СКИ - изопреновый каучук -продукт полимеризации изопрена (C₅H₈), полученного из ацетона и ацетилена. По строению, химическим и физико-механическим свойствам СКИ близок к НК и широко применяется для получения резин, используемых для амортизаторов, шин и т.д.

Наирит - хлоропреновый каучук - получают путем полимеризации хлоропрена (СН₂ = СС1 – СН = CH₂). Он обладает высокой стойкостью к действию органических растворителей, влиянию озона, высокой теплостойкостью, поэтому широко применяется для изготовления уплотнительной и прокладочной резины.

СКТ - синтетический теплостойкий каучук, или силоксановый, - представляет собой кремнийорганическое соединение, состоящее из чередующихся атомов кремния и кислорода, где с каждым атомом кремния связаны два органических радикала. Отличительной особенностью этого каучука является высокая теплостойкость. Резины на основе его широко применяются в качестве электроизоляционного материала.

СКФ - фторосодержащие каучуки,или фторкаучуки, - получают совместной полимеризацией ненасыщенных фторсодержащих углеводородов, например, CF₂ = CFCl; CH₂ = CF₂ и др. Прочность фторуглеродистых связей сообщает этим каучукам повышенную стойкость к тепловому старению и действию топлив и масел, а высокое содержание фтора придает химическую
2

инертность и негорючесть.

Резины на основе фторкаучуков применяют для уплотнителей и герметизирующих деталей, работающих в топливе и масле при температуре до 300°С.

Тиокол,или полисульфидный каучук,получают при взаимодействии галоидопроизводных углеводородов с многосернистыми соединениями щелочных металлов. Он устойчив к действию топлив и масел, озона, кислорода и солнечного света, обладает высокой влаго- и газонепроницаемостью, является хорошим герметизирующим материалом.

Получение резины

Исходным продуктом для получения резины служат резиновые смеси, в состав которых, кроме каучука, вводят вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, активные и неактивные наполнители, пластификаторы, противостарители и красители.

Вулканизирующие вещества (сера, оксид цинка или магния, некоторые перекиси и т. д.) непосредственно участвуют в осуществлении процесса вулканизации.

Ускорители вулканизации (тиурам, каптакс, альтакс, дифенилгаунидин и др.) ускоряют процесс вулканизации.

Наполнители вводят для повышения механических свойств резины. В качестве активных наполнителей могут быть оксид магния, кремнийкислота и другие, а неактивными наполнителями - тальк, мел.

Пластификаторы (парафин, вазелин, церезин) облегчают обработку резиновой смеси, увеличивают эластичные свойства каучука.

Противостарители (альдоль, неозон, парафин, воск) замедляют процесс старения резины в процессе эксплуатации и хранения резины.

Красители (охра, ультрамарин и др.) вводят для окраски резины.

При изготовлении резиновой смеси производят прежде всего, пластикацию каучука на смесительных вальцах, затем его смешивают со всеми добавками в резиносмесителях или на вальцовочных машинах. Из полученной резиновой смеси изготавливают резиновые изделия методами формовки,
3

каландрования (листы), шприцевания (трубы). В процессе или после изготовления изделия подвергают вулканизации.

Вулканизация - процесс, при котором происходит превращение резиновой смеси в резину. В большинстве случаев процесс вулканизации состоит в химическом взаимодействии каучука с серой, а иногда с перекисными или гидроперекисными соединениями по месту двойных связей.

Различают горячую и холодную вулканизацию.

Горячая вулканизация проводится в специальных вулканизаторах под давлением 2,5 - 7,5 Н/мм², при температуре 130 - 160°С. Время вулканизации определяется свойствами исходных компонентов.

Холодная вулканизация применяется иногда для тонкостенных изделий и состоит в обработке их в растворе или парах хлористой серы, или в атмосфере сернистого газа при комнатной температуре. В этом случае сера не входит в состав резиновой смеси.

Основные физико-механические свойства важнейших авиационных резин и их применение даны в табл. 1.

Старение резины - процесс окисления резины при длительном хранении или в процессе эксплуатации, приводящий к изменению ее физико-механических свойств - снижению временного сопротивления и относительного удлинения. Основной причиной старения является окисление каучука, то есть присоединение кислорода по месту двойных связей в каучуке, в результате чего его молекулы разрываются на частицы и укорачиваются. Это приводит к потере эластичности, охрупчиванию и, к появлению сетки трещин на поверхности состаренной резины. Воздействие тепла, света, излучения, механических деформаций активирует и ускоряет процесс окисления. Борьба со старением заключается во введении в резиновую смесь различных противостарителей, а также отражателей солнечных лучей, например, алюминиевой пудры. В процессе эксплуатации для повышения ресурса пневматиков осуществляют зарядку их азотом, что существенно замедляет старение резины. Старение можно замедлить, соблюдая установленные правила эксплуатации и хранения резиновых изделий.

Таблица 1

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВАЖНЕЙШИХ АВИАЦИОННЫХ РЕЗИН И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Продолжение таблицы 1

Методы испытания резины

Физико-механические свойства резины определяют путем испытания на растяжение, определения твердости, морозостойкости и стойкости к органическим растворителям.

При испытании на растяжение определяют временное сопротивление σ_z(Н/мм²), относительное удлинение в момент разрыва ε_z(%), остаточное относительное удлинение θ_z(%). Для оценки сопротивления резины действию высоких температур или старению в процессе эксплуатации ее испытывают на старение. Старение проводят при температуре +70°С в течение 144 ч.

Коэффициент старения К_с находится по формуле:

К_с = ,

где ε_z - относительное удлинение в момент разрыва образца резины до старения; ε_z¢ - относительное удлинение в момент разрыва образца резины после старения.

Определение твердости резины основано на вдавливании в нее твердого индентора с последующим измерением глубины вдавливания. Существуют различные приборы по определению твердости. Определение твердости резины по ТШР на приборе ТШМ-2 основано на вдавливании в испытываемый образец резины стального шарика диаметром 5 мм под действием груза весом 9,8 Н, в течение 30 секунд с последующим измерением глубины вдавливания h по шкале прибора. Число твердости по ТШР вычисляется по формуле:

H₅ = , Н/мм²

и дается в прикладываемой таблице.

Определение твердости по ТИР на приборе ТМ-2 основано на вдавливании в испытываемый образец стандартной тупой иглы, находящейся под воздействием сжатой пружины, и последующим измерением глубины вдавливания. Число твердости по ТИР выражается в условных единицах шкалы прибора и находится в обратной зависимости от глубины вдавливания. Существует еще прибор ИСО, определение твердости на котором основано на
7

вдавливании стального шарика с последующим измерением глубины вдавливания и расчета твердости в международных единицах JRHD.

Морозостойкость резины оценивают чаще всеготемпературой хрупкости резины Т_хр - наибольшей температурой, при которой резиновый образец теряет эластичные свойства и хрупко разрушается при ударной нагрузке.

Температуру хрупкости резины Т_хр определяют с помощью прибора, состоящего из термостата и ударного механизма. Испытуемый образец опускают в термостат с охлаждающей смесью (твердая углекислота и этиловый спирт), где температуру постоянно измеряют термометром. Затем охлажденный образец быстро поднимают и в этот момент боек ударного механизма освобождают и наносят удар по образцу. Последовательно уменьшая или увеличивая температуру (в зависимости от результатов первого испытания), определяют с точностью ±2°С Т_хр при которой образец, теряя эластичность, разрушается.

Стойкость резины к органическим растворителям оценивают по результатам испытания на набухание резины в среде бензина, керосина, бензола и т.д. Набухаемость резины определяют по формуле:

Dm = %,

где m₀ - масса образца до испытания; m₁ - масса образца после испытания в среде органического растворителя.

4. Методические указания по подготовке к занятию,
его выполнению и оформлению результатов

Целью занятия является изучение свойств авиационных резин и методов их испытания.

Содержанием занятия является применение методов испытания резины, в результате проведения которых определяют коэффициент старения, температуру хрупкости, твердость и стойкость к органическим растворителям конкретных марок авиационных резин и устанавливают соответствие их свойств требованиям технических условий.

При подготовке к занятию студенты изучают методы испытания, состав, строение и свойства резин и их применение для изготовления деталей авиационной техники. Перед занятием в журнале необходимо дать краткую характеристику основных марок авиационных резин и их свойств.

На лабораторном занятии студенты должны ответить на вопросы, дать определения и выполнить задания:

1.Что называется резиной?

2.Дать характеристику основных методов испытания резины.

3.Натуральный и синтетический каучуки и их свойства.

4.Составные части резиновых смесей и методы изготовления деталей из резины.

5.Горячая и холодная вулканизация резины.

6.Старение резины, меры борьбы со старением.

Затем студенты проводят испытания образцов из различных марок резины для определения их физико-механических характеристик.

Испытания на растяжение студенты производят на разрывной машине модели 2001 Р-0,5. До испытания измеряют первоначальную длину l₀ и площадь поперечного сечения F₀ в рабочей части двух образцов, один из которых изготовлен из резины в состоянии поставки, другой из резины, состаренной при +70°С в течение 144 часов. Затем, закрепив один образец в машине, производят постепенное нагружение образца до его разрушения и определяют длину образца в момент разрыва l^’_к и максимальную нагрузку Р_maх. Длину рабочей части образца после разрыва l_к определяют через 1 мин после испытания. Таким же образом студенты производят испытание второго образца. Механические свойства образцов резины рассчитывают по формулам, указанным в журнале.

Твердость двух образцов различных марок резины определяют на приборах ТШМ-2 и ТМ-2, производя на каждом из них по три измерения и найдя среднее значение.

На приборе ТШМ-2, определив глубину вдавливания по шкале прибора, находят в таблице соответствующее этой глубине значение твердости по ТШР в Н/мм².

На приборе ТМ-2 значение твердости определяют сразу по шкале прибора. Между твердостью по ТШР и ТИР существует зависимость, которая графически выражается кривой, позволяющей производить пересчет (рис. .3.). Существует также графическая зависимость между твердостью по ТИР и твердостью по ИСО, выраженной в международных единицах JRHD (рис.4), по которой слушатели (курсанты) также делают соответствующий перерасчет.

Рис. 3. Диаграмма перевода твердости по ТШР
в твердость по ТИР и ИСО

Рис. 4. Диаграмма перевода твердости по ТИР в твердость по ИСО

Температуру хрупкости Т_хр резины слушатели (курсанты) определяют на приборе НИИРП по трем испытаниям и записывают результат в журнал.

Для определения стойкости резины к органическим растворителям два образца различных марок резины, предварительно взвешенные, а затем выдержанные в течение 24 ч в топливе, взвешивают на аналитических весах и определяют численную величину набухаемости резины.

Исходные и полученные экспериментальные и расчетные данные заносят в соответствующие протоколы журнала для лабораторных и практических занятий, делают выводы о соответствии полученных данных техническим условиям с указанием влияния эксплуатационных факторов на свойства авиационных резин.

.

Поиск по сайту: